Jian Zhou;Zhi Ding;Jinkun Huang;Xinan Yang;Mingjie Ma
Geomechanics and Engineering
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v.36
no.1
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pp.51-69
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2024
Currently, composite lining mountain tunnels in China are generally classified based on the [BQ] method for the surrounding rock grade. Increasingly, tunnel field construction is replicated indoors for scale down model tests. However, the development of analogous materials for model tests of composite lining tunnels with different surrounding rock grades is still unclear. In this study, typical Class III and V surrounding rock analogous materials and corresponding composite lining support materials were developed. The whole processes of excavation-support dynamics of the mountain tunnels were simulated. Data on the variation of deformations, contact pressures and strains on the surrounding rock were obtained. Finally, a comparative analysis between model tests and numerical simulations was performed to verify the rationality of analogous material development. The following useful conclusions were obtained by analyzing the data from the tests. The main analogous materials of Class III surrounding rock are barite powder, high-strength gypsum and quartz sand with fly ash, quartz sand, anhydrous ethanol and rosin for Class V surrounding rock. Analogous materials for rockbolts, steel arches are replaced by aluminum bar and iron bar respectively with both shotcrete and secondary lining corresponding to gypsum and water. In addition, load release rate of Class V surrounding rock should be less than Class III surrounding rock. The fenestration level had large influence on the load sharing ratio of the secondary lining, with a difference of more than 30%, while the influence of the support time was smaller. The Sharing ratios of secondary lining in Class III surrounding rock do not exceed 12%, while those of Class V surrounding rock exceed 40%. The overall difference between the results of model tests and numerical simulations is small, which verifies the feasibility of similar material development in this study.
The main goal of this article is to validate a methodological process in Actran MSC Software, that is based on the Finite Element Method, to evaluate the comfort in the cabin of a regional aircraft and to study the noise and vibrations reduction through the fuselage by the use of innovative materials. In the preliminary work phase, the CAD model of a fuselage section was created representing the typical features and dimensions of an airplane for regional flights. Subsequently, this model has been imported in Actran and the Sound Pressure Level (SPL) inside the cabin has been analyzed; moreover, the noise reduction through the fuselage has been evaluated. An important investigation and data collection has been carried out for the study of the aircraft cabin to make it as close as possible to a real problem, both in geometry and in materials. The mesh of the structure has been built from the CAD model and has been simplified in order to reduce the number of degrees of freedom. Finally, different fuselage configurations in terms of materials are compared: in particular, aluminum, composite and sandwich material with composite skins and poroelastic core are considered.
The use of a cooling fan in an induction cooker raises a reliability issue due to the attraction of dust causing a malfunction of the cooling fan and also increases the noise level and power consumption of the device. The purpose of this study is to attempt to solve these problems by molding the Cu coil of an induction cooker with polymer composites that have a low electrical conductivity but a high thermal conductivity. Among the several polymer composites tested in this study, an aluminum nitride-based composite showed the best performance. The results show that the new induction cooker with the molded composite can operate for an extended period of time without the use of a cooling fan. A further advantage of this new type of induction cooker is that the temperature of the substance in the cooking pot increases more rapidly, indicating an increased efficiency of the induction cooker.
Based on the composite finite element simulation and a series of hydrostatic pressure and burst tests, autofrettage effects on strength and deformation of fiber reinforced pressure vessel with metallic liners have been studied in the paper (autofrettage: during the course of one pressure taking effect, the increasing internal stress in metallic liner can surpass the yielding point and the plastic deformation will happen, which result in that when there is no internal pressure, there are press stress in liner while tensile stress in fiber lamination). By making use of a composite finite element Ansys code and a series of experiments, the autofrettage pressure is determined in order to make the aluminium liner be totally in elastic state, under given hydrostatic test pressure. The stress intensity factors of the longitudinal crack in aluminum liner end under internal pressure and thermal loads have been computed and analyzed before and after the autofrettage processing. Through numerical calculation and experiment investigations, it is found that a correct choice for autofrettage pressure can improve the gas-tightness and fatigue strength of FRP vessel.
This work presents a practical detailed finite element (FE) approach for the three-dimensional (3D) free-vibration analysis of actual aircraft and spacecraft-type lightweight and thin honeycomb sandwich panels. It consists of calling successively in $MATLAB^{(R)}$, via a developed user-friendly GUI, a detailed 3D meshing tool, a macrocommands language translator and a commercial FE solver($ABAQUS^{(R)}$ or $ANSYS^{(R)}$). In contrary to the common practice of meshing finely the faces and core cells, the proposed meshing tool represents each wall of the actual hexagonal core cells as a single two-dimensional (2D) 4 nodes quadrangularshell element or two 3 nodes triangular ones, while the faces meshes are obtained simply using the nodes at the core-faces interfaces. Moreover, as the same 2D FE interpolation type is used for meshing the core and faces, this leads to an automatic handling of their required FE compatibility relations. This proposed approach is applied to a sample made of very thin glass fiber reinforced polymer woven composite faces and a thin aluminum alloy hexagonal honeycomb core. The unknown or incomplete geometric and materials properties are first collected through direct measurements, reverse engineering techniques and experimental-FE modal analysis-based inverse identification. Then, the free-vibrations of the actual honeycomb sandwich panel are analyzed experimentally under different boundary conditions and numerically using different mesh basic cell shapes. It is found that this approach is accurate for the first few modes used for pre-design purpose.
Compo-casting method is one of the popular technique to produce metal based matrix composites. But, one of the main challenges in this process is un-uniform spreading of reinforced subdivisions (particles) inside the metallic matrix and the lack of desirable mechanical properties of the final produced composites due to the low bonding strength among the metal matrix and reinforcement particles. To remove these difficulties and to promote the mechanical properties of these kind of composites, the WARM ARB technique was utilized as supplementary technique to heighten the mechanical and microstructural evolution of the casted Al/Al2O3 composite strips. The microstructure evolution and mechanical properties of these composites have been considered versus different WARM ARB cycles by tensile test, average Vickers micro hardness test, wear test and scanning electron microscopy (SEM). The SEM results revealed that during the higher warm- ARB cycles, big alumina clusters are broken and make a uniform distribution of alumina particles. It was shown that cumulating the forming cycles improved the mechanical properties of composites. In general, combined compo-casting and ARB process would consent making Al/Al2O3 composites with high consistency, good microstructural and mechanical properties.
As the electric vehicle market grows, there is an issue of light weight vehicles to increase battery efficiency. Therefore, it is going to replace the battery module cover that protects the battery module of electric vehicles with high strength/high heat-resistant polymer composite material which has lighter weight from existing aluminum materials. It also aims to respond to the early electric vehicle market where technology changes quickly by combining 3D printing technology that is advantageous for small production of multiple varieties without restrictions on complex shapes. Based on the composite material mechanics, the critical length of glass fibers in short glass fiber (GF)/polycarbonate (PC) composite materials manufactured through extruder was derived as 453.87 ㎛, and the side feeding method was adopted to improve the residual fiber length from 365.87 ㎛ and to increase a dispersibility. Thus, the optimal properties of tensile strength 135 MPa and Young's modulus 7.8 MPa were implemented as GF/PC composite materials containing 30 wt% of GF. In addition, the filament extrusion conditions (temperature, extrusion speed) were optimized to meet the commercial filament specification of 1.75 mm thickness and 0.05 mm standard deviation. Through manufactured filaments, 3D printing process conditions (temperature, printing speed) were optimized by multi-optimization that minimize porosity, maximize tensile strength, and printing speed to increase the productivity. Through this procedure, tensile strength and elastic modulus were improved 11%, 56% respectively. Also, by post-processing, tensile strength and Young's modulus were improved 5%, 18% respectively. Lastly, using the FEA (finite element analysis) technique, the structure of the battery module cover was optimized to meet the mechanical shock test criteria of the electric vehicle battery module cover (ISO-12405), and it is satisfied the battery cover mechanical shock test while achieving 37% lighter weight compared to aluminum battery module cover. Based on this research, it is expected that 3D printing technology of polymer composite materials can be used in various fields in the future.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09b
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pp.1052-1053
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2006
Aluminum-based composites reinforced with various amounts of $\alpha-Si_3N_4$ were produced by powder metallurgy (P/M). The machinability properties of $MMC_s$ were determined by means of cutting forces and surface roughness. Machining tests were carried out by using PCD and K10 tools. Increasing of $Si_3N_4$ volume fraction in the matrix resulted in a decrease of the surface roughness and turning forces. PCD cutting tools showed better cutting performance than K10 tools.
Mouayed H.Z., Al-Toki;Wael Najm, Abdullah;RidhaA., Ahmed;Nadhim M., Faleh;Raad M., Fenjan
Steel and Composite Structures
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v.45
no.6
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pp.831-837
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2022
Numerical investigation on dynamic characteristics of sandwich plates under periodic and thermal loads has been presented by assuming that the plate has three layers which are a foam core and two skins. The foam core made of Aluminum has porosities with uniform and graded dispersions. The sandwich plate has been supposed to be affected by periodical compressive loads. Also, temperature variation causes uniform thermal load. The formulation has been established based upon a higher-order plate theory and Ritz method has been used to solve the equations of motion. The stability boundaries have also been obtained performing Bolotin's method. It will be indicated that stability boundaries of the sandwich plate depend on periodical load parameters, porosities, skin thickness and temperature.
To reduce human life and property damage at the fire in a building, it is most critical to control flame spread in the early stage. Fire spread prevention measure generally includes fire resistance performance securing of structure member in the arson zone and use limitation based on combustion performance of finishing material. The latter is most fundamental fire safety design to determine flame spread, but domestic combustion test determines combustion performance by specimen sized fire test method. Thus, there are many restrictions in the determination of combustion performance by composite material such as sandwich panel. Especially, outer finishing material uses a variety of composite material such as dry bit, aluminum composite panel, and metal panel compared to inner finishing material. Therefore, this study would determine vertical fire spread features by a full scaled fire experiment through the test method of ISO 13785-2, an international test standard.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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